声波换能器、超声波探头以及超声波换能器的制造方法

申请号 CN201280003673.1 申请日 2012-01-27 公开(公告)号 CN103210665B 公开(公告)日 2016-08-10
申请人 东芝医疗系统株式会社; 发明人 都筑健太郎; 久保田隆司; 大贯裕; 牧田裕久;
摘要 本 发明 的目的在于,提供一种能够避免非 导电性 的 声匹配 层的制造工序的繁琐并且确保电导通路径的 超 声波 换能器 及 超声波 探头 。具备二维配置的多个压电体。各个压电体设有 电极 。并且具备具有电极侧的第一面、与作为第一面的相反侧的第二面的非导电性声匹配层,此外,具备在非导电性声匹配层的第二面侧配置的导电性声匹配层。此外,对导电性声匹配层具备配置在与非导电性声匹配层相反一侧的 基板 。形成有多个槽,在非导电性声匹配层的第一面与第二面之间,贯通非导电性声匹配层,并到达第一面侧的压电体的中途或该第二面侧的导电性声匹配层的中途。此外,电极与基板经由槽而电导通。
权利要求

1.一种声波换能器,其特征在于,
具备:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;
配置在上述第二面侧的导电性声匹配层;以及
相对于上述导电性声匹配层配置在与上述非导电性声匹配层相反一侧的基板
形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述压电体的中途或者该第二面侧的上述导电性声匹配层的中途;
上述电极与上述基板经由上述槽而电导通。
2.如权利要求1记载的超声波换能器,其特征在于,
上述多个槽形成为,贯通上述非导电性声匹配层及上述电极,并到达与上述电极接触的上述压电体的中途。
3.如权利要求1记载的超声波换能器,其特征在于,
在上述多个槽的内表面设有导电性材料,该导电性材料从上述第一面开始到达上述第二面。
4.如权利要求1记载的超声波换能器,其特征在于,
上述多个槽形成在上述二维配置的上述非导电性声匹配层的正交的两个方向中的一个方向或两个方向上,并且横跨并贯通该非导电性声匹配层的多个而设。
5.一种超声波换能器,其特征在于,
具备:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极;
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;以及
配置在上述第二面侧的基板;
形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述压电体的中途或者该第二面侧的上述基板的中途;
上述电极与上述基板经由上述槽而电导通。
6.如权利要求5记载的超声波换能器,其特征在于,
上述多个槽形成为,贯通上述非导电性声匹配层及上述电极,并到达与上述电极接触的上述压电体的中途。
7.如权利要求5记载的超声波换能器,其特征在于,
在上述多个槽的内表面设有导电性材料,该导电性材料从上述第一面开始到达上述第二面。
8.如权利要求5记载的超声波换能器,其特征在于,
上述多个槽形成在上述二维配置的上述非导电性声匹配层的正交的两个方向中的一个方向或两个方向上,并且横跨并贯通该非导电性声匹配层的多个而设。
9.一种超声波换能器,其特征在于,
具备:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极;
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;以及
配置在上述第二面侧的基板;
形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述电极的中途;
上述电极与上述基板经由上述槽而电导通。
10.如权利要求9记载的超声波换能器,其特征在于,
在上述多个槽的内表面设有导电性材料,该导电性材料从上述第一面开始到达上述第二面。
11.如权利要求9记载的超声波换能器,其特征在于,
上述多个槽形成在上述二维配置的上述非导电性声匹配层的正交的两个方向中的一个方向或两个方向上,并且横跨并贯通该非导电性声匹配层的多个而设。
12.一种超声波换能器的制造方法,其特征在于,
具备:
通过对非导电性声匹配层层叠基板、导电性声匹配层或设有电极的压电体而形成层叠体的工序;以及
形成槽的工序,该槽贯通上述非导电性声匹配层,并进一步地从上述层叠体的层叠面通过而到达所层叠的上述基板的中途、上述导电性声匹配层的中途或上述压电体的中途。
13.如权利要求12记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
上述层叠体由上述非导电性声匹配层及上述导电性声匹配层构成;
该超声波换能器的制造方法还具备:
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠上述压电体的工序;以及将所层叠的上述层叠体以及上述压电体在正交的两个方向上分割的工序。
14.如权利要求12记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
上述层叠体由上述非导电性声匹配层及上述基板构成;
该超声波换能器的制造方法还具备:
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠上述压电体的工序;以及将所层叠的上述层叠体中的至少上述非导电性声匹配层以及所层叠的上述压电体在正交的两个方向上分割的工序。
15.如权利要求12记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
上述层叠体由上述非导电性声匹配层及上述压电体构成;
该超声波换能器的制造方法还具备:
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠上述导电性声匹配层的工序;以及
将所层叠的上述层叠体以及上述导电性声匹配层在正交的两个方向上分割的工序。
16.如权利要求12记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
上述层叠体由上述非导电性声匹配层以及上述压电体构成;
该超声波换能器的制造方法还具备:
将所层叠的上述层叠体在正交的两个方向上分割的工序;以及
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠上述基板的工序。
17.一种超声波换能器的制造方法,其特征在于,
具备:
通过对非导电性声匹配层层叠设有电极的压电体而形成层叠体的工序;以及形成槽的工序,该槽贯通上述非导电性声匹配层,并进一步地从上述层叠体的层叠面通过而到达所层叠的上述压电体的上述电极的中途。
18.如权利要求17记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
还具备:
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠上述导电性声匹配层的工序;以及
将所层叠的上述层叠体及上述导电性声匹配层在正交的两个方向上分割的工序。
19.如权利要求17记载的超声波换能器的制造方法,其特征在于,
上述层叠体由上述非导电性声匹配层、上述电极以及上述压电体构成;
该超声波换能器的制造方法还具备:
将所层叠的上述层叠体在正交的两个方向上分割的工序;
在上述层叠体的上述非导电性声匹配层侧的面上层叠基板的工序。
20.一种超声波探头,其特征在于,
具备:
超声波换能器;以及
上述超声波换能器与外部装置之间的接口
上述超声波换能器具有:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极;
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;
配置在上述第二面侧的导电性声匹配层;以及
相对于上述导电性声匹配层配置在与上述非导电性声匹配层相反一侧的基板;
上述超声波换能器还形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述压电体的中途或者该第二面侧的上述导电性声匹配层的中途,并且,上述电极与上述基板经由各个该槽而电导通。
21.一种超声波探头,其特征在于,
具备:
超声波换能器;以及
上述超声波换能器与外部装置之间的接口;
上述超声波换能器具有:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极;
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;以及
配置在上述第二面侧的基板;
上述超声波换能器还形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述压电体的中途或该第二面侧的上述基板的中途,并且,上述电极与上述基板经由各个该槽而电导通。
22.一种超声波探头,其特征在于,
具备:
超声波换能器;以及
上述超声波换能器与外部装置之间的接口;
上述超声波换能器具有:
二维配置的多个压电体;
对上述多个压电体分别设置的电极;
对应于上述压电体而二维配置的非导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有上述电极侧的第一面和作为该第一面的相反侧的第二面;以及
配置在上述第二面侧的基板;
上述超声波换能器还形成有多个槽,上述多个槽在上述第一面与上述第二面之间贯通上述非导电性声匹配层,并到达该第一面侧的上述电极的中途,并且,上述电极与上述基板经由各个该槽而电导通。

说明书全文

声波换能器、超声波探头以及超声波换能器的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声波换能器、超声波探头以及超声波换能器的制造方法。

背景技术

[0002] 超声波探头具有多个压电体和用来在上述压电体间施加电压电极。压电体的电极的引出方法多种多样。例如,有使在压电体的超声波放射方向侧的前面配置的电极与基板、例如FPC(Flexible Printed Circuits,挠性印刷电路)导通的方法。从FPC引出的信号被发送到收发电路。
[0003] 一般被作为FPC的基础材料使用的聚酰亚胺的声阻抗是3Mrayl左右。此外,压电体的声阻抗是30Mrayl以上。这样,由于存在大的差,因此使FPC与压电体直接接合会产生声响的失配。若存在声响的失配,则超声波束在声阻抗的差别大的边界反射。作为解决该问题的方法之一,有在FPC与压电体之间设置声匹配层作为使超声波有效传播的中间层的方法。
[0004] 此外,为了减轻上述的声响的失配,有构成多层声匹配层的情况。在该结构下,阶梯性地将具有从FPC的声阻抗(例如3Mrayl)到压电体的声阻抗(例如30Mrayl)之间的不同声阻抗的多个声匹配层层叠。
[0005] 在该结构中,例如若将适合于声匹配层的第1层的声阻抗设为9~15Mrayl左右,则作为具有这样的声阻抗的材料,具有可加工陶瓷。可加工陶瓷以母为主成分且具有非导电性
[0006] 这里,必须形成从压电体的电极到FPC电导通的结构(导通路径)。因而在将非导电性的声匹配层配置在第1层的情况下,必须在该非导电性的声匹配层设置导通路径。
[0007] 例如在二维阵列的超声波换能器中,必须从数量庞大的各个元件到FPC将电极引出。因此,以往,具有对非导电性的声匹配层、沿层叠方向、对应于压电体的数量、排列而设置了具有导电性的贯通孔的结构的超声波换能器。根据该超声波换能器,在声匹配层设置多个贯通孔,在该贯通孔的整面实施例层处理,确保了导通路径。
[0008] 此外,以往,有形成将导电性膜设于两面的非导电性材料的板、使该板的导电性膜的面彼此重合而形成非导电性声匹配层的超声波换能器的制造方法。作为一例,形成具有与压电体的间距相同的宽度的非导电性材料的板,在其两面设置导电性膜。使该板重合与压电体的行数或列数对应的数量,形成若干个(block),进而使块彼此重合,形成声匹配层。根据通过这样的工序形成的声匹配层,板与板的重合面作为电极与FPC之间的导通路径而发挥功能。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本特开2009-130611号公报
[0012] 专利文献2:日本特开2009-177342号公报

发明内容

[0013] 发明要解决的课题
[0014] 但是,根据这些制造方法,制造工序繁琐。此外,对位困难而制造成本变高。例如,对应于压电体的数量、排列而形成贯通孔的工序有使成本增加的可能,此外,确保贯通孔的位置精度的操作是繁琐的。此外,使非导电性材料的板在形成导电性膜后重合的声匹配层的制造工序是复杂的,并有可能导致制造成本的增加。
[0015] 本实施方式的目的在于,提供一种能够避免非导电性的声匹配层的制造工序的繁琐、并确保基板与压电体的电极之间的导通路径的超声波换能器及其制造方法、超声波探头。
[0016] 用来解决课题的手段
[0017] 本实施方式的超声波换能器具备二维配置的多个压电体。压电体分别设有电极。还具备非导电性声匹配层以及导电性声匹配层,该非导电性声匹配层具有电极侧的第一面和作为第一面的相反侧的第二面,该导电性声匹配层配置在上述第二面。此外,具备配置在非导电性声匹配层的第二面侧的基板。在非导电性声匹配层的第一面与第二面之间设有多个槽,上述多个槽贯通非导电性声匹配层,并到达压电体、导电性声匹配层或基板的中途。
此外,电极与基板经由槽而电导通。
附图说明
[0018] 图1是表示第1实施方式的超声波换能器的概要的概略立体图。
[0019] 图2是表示第1实施方式的声匹配层及压电体的层叠体的概略立体图。
[0020] 图3A是表示第1实施方式的非导电性声匹配层及导电性声匹配层的层叠体的槽的概略立体图。
[0021] 图3B是表示在图3A的槽中填充了树脂的状态的概略立体图。
[0022] 图4是表示第1实施方式的超声波换能器的制造工序的一部分的概略立体图。
[0023] 图5是表示第1实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图4的下一工序的概略立体图。
[0024] 图6是表示第1实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图5的下一工序的概略立体图。
[0025] 图7是表示第1实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图6的下一工序的概略立体图。
[0026] 图8是表示第1实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图7的下一工序的概略立体图。
[0027] 图9是表示第2实施方式的超声波换能器的概要的概略立体图。
[0028] 图10是表示第2实施方式的声匹配层及压电体的层叠体的概略立体图。
[0029] 图11A是表示第2实施方式的非导电性声匹配层及压电体的层叠体的槽的概略立体图。
[0030] 图11B是表示在图11A的槽中填充了树脂的状态的概略立体图。
[0031] 图12是表示第2实施方式的超声波换能器的制造工序的一部分的概略立体图。
[0032] 图13是表示第2实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图12的下一工序的概略立体图。
[0033] 图14是表示第2实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图13的下一工序的概略立体图。
[0034] 图15是表示第2实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图14的下一工序的概略立体图。
[0035] 图16是表示第2实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图15的下一工序的概略立体图。
[0036] 图17是表示第3实施方式的超声波换能器的概要的概略立体图。
[0037] 图18是表示第3实施方式的声匹配层及压电体的层叠体的概略立体图。
[0038] 图19A是表示第3实施方式的非导电性声匹配层及压电体的层叠体的槽的概略立体图。
[0039] 图19B是表示在图19A的槽中填充了树脂的状态的概略立体图。
[0040] 图20是表示第3实施方式的超声波换能器的制造工序的一部分的概略立体图。
[0041] 图21是表示第3实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图20的下一工序的概略立体图。
[0042] 图22是表示第3实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图21的下一工序的概略立体图。
[0043] 图23是表示第3实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图22的下一工序的概略立体图。
[0044] 图24是表示第3实施方式的超声波换能器的制造工序中的、图23的下一工序的概略立体图。

具体实施方式

[0045] 以下,参照图1~图24,说明第1~第3实施方式的超声波换能器及其制造方法以及超声波探头。
[0046] [第1实施方式]
[0047] (超声波换能器的概略结构)
[0048] 参照图1~图8说明第1实施方式的超声波换能器100的概要。图1是表示第1实施方式的超声波换能器100的概要的概略立体图。以下,对本实施方式的超声波换能器100的概略结构进行说明。另外,图1所示的超声波换能器100的压电体114的排列数是概念上示出的。此外,关于图示的排列整体所成的形状、例如二维排列的行数、列数只不过是一例,也可以应用其他结构。
[0049] 此外,在以下的说明中,将从背衬(backing)部件118朝向导电性声匹配层111的方向记作“前方”(图1的z方向),将与前方相反侧的方向记作“后方”。此外,将超声波换能器的各构成部分的前方侧的面记作“前面”、后方侧的面记作“背面”。
[0050] 如图1所示,在本实施方式的超声波换能器100中,压电体114在xy面上二维排列。此外,对应于各压电体114的前面分别设有非导电性声匹配层110。并且,在非导电性声匹配层110的前面侧设有导电性声匹配层111。此外,在压电体114的背面侧设有背衬部件(负荷材料)118,并且在背衬部件118与压电体114之间设有背面基板120。另外,在超声波换能器
100中,背面基板120至少被引出到收发电路等后级电路侧,但在图1中将背面基板120的该部分的图示省略。
[0051] 此外,如图1所示,在导电性声匹配层111的前面侧设有前面基板122。在前面基板122的更前面侧设有声透镜102。另外,与背面基板120同样,图1的前面基板122也将向后级电路延伸的部分的图示省略。此外,在压电体114的前面侧设有前面电极112,前面电极112邻接于非导电性声匹配层110的背面。进而在压电体114的背面侧设有背面电极116。以下,分别说明构成超声波换能器100的各部分。
[0052] 〈压电体〉
[0053] 压电体114将对背面电极116及前面电极112施加的电压变换为超声波脉冲。该超声波脉冲向作为超声波诊断装置的检查对象的被检体传送。此外,压电体114接收来自被检体的反射波并变换为电压。作为压电体114的材料,一般能够采用PZT(锆酸铅/Pb(Zr,Ti)O3)、钛酸钡(BaTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)单晶、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)单晶等。压电体114的声阻抗设为例如30Mrayl左右。另外,图1的压电体114由单一层构成,但也可以构成为多层的压电体114。
[0054] 〈背衬部件〉
[0055] 背衬部件118,将超声波脉冲的传送时向与超声波的照射方向相反侧(后方)放射的超声波脉冲吸收,抑制各压电体114的多余的振动。通过背衬部件118,抑制振动时来自各压电体114背面的反射,能够避免对超声波脉冲的收发带来不良影响。另外,作为背衬部件118,从声衰减、声阻抗等观点来看,能够采用含有PZT粉末、钨粉末等的环树脂、填充了聚氯乙烯、氧体粉末的橡胶或者在多孔质的陶瓷中含浸了环氧等的树脂的材料等任意的材料。
[0056] 〈前面基板、背面基板〉
[0057] 前面基板122及背面基板120例如是挠性印刷基板(FPC/Flexible Printed Circuits),分别具有至收发电路等后级电路的长度。此外,在前面基板122及背面基板120各自的前面侧及背面侧的一方或双方,设有与后级电路连接的布线图案等连接引线(未图示)。前面基板122以及背面基板120例如使用聚酰亚胺作为基础材料。聚酰亚胺的声阻抗是3Mrayl左右。
[0058] 〈声匹配层〉
[0059] 接着,参照图2及图3A、图3B,说明本实施方式的非导电性声匹配层110以及导电性声匹配层111。图2是表示第1实施方式的声匹配层(111、110)及压电体114的层叠体的概略立体图。图3A是表示第1实施方式的非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111的层叠体的槽110a的概略立体图。图3B是表示在图3A的槽110a中填充了树脂110c的状态的概略立体图。
[0060] 非导电性声匹配层110以及导电性声匹配层111在压电体114与被检体之间匹配声阻抗。因此非导电性声匹配层110以及导电性声匹配层111配置在压电体114与前面基板122之间(参照图1),并且非导电性声匹配层110以及导电性声匹配层111分别采用声阻抗互不相同的材料。这是为了通过在压电体114与声透镜102之间使声阻抗阶梯性变化而得到声响的匹配。此外,非导电性声匹配层110采用能够切削加工的材料。
[0061] 作为能够切削加工且具有适合于与压电体114进行邻接的声阻抗的非导电性声匹配层110,例如有可加工玻璃(machinable glass)、可加工陶瓷、环氧与氧化金属粉末的混合体、环氧与金属粉末的混合体等。这样的非导电性声匹配层110的声阻抗是9~15Mrayl左右。此外,作为具有适合于在非导电性声匹配层110与前面基板122之间配置的声阻抗的导电性声匹配层111的材料的一例,例如有(各向同性石墨或石墨)。这样的导电性声匹配层111的声阻抗是4~7Mrayl左右。此外,导电性声匹配层111的厚度(前后方向的长度)例如是
150μm~200μm。
[0062] 如图2所示,在第1实施方式的非导电性声匹配层110中,设有从与前面电极112之间的边界面(非导电性声匹配层110背面)到达与导电性声匹配层111之间的边界面(非导电性声匹配层110前面)的槽110a。即,槽110a贯通非导电性声匹配层110而设。并且,该槽110a并非止于非导电性声匹配层110的前面,而是贯穿到导电性声匹配层111的中途。即,如图3A所示,槽110a设置为,从非导电性声匹配层110的背面开始,经由导电性声匹配层111的前面,达到导电性声匹配层111的中途部分。这里,所谓“达到导电性声匹配层111的中途部分”是指,例如从厚度为150μm~220μm的导电性声匹配层111的背面开始朝向前方(图1的z方向)到达约10μm。
[0063] 此外,第1实施方式的槽110a设置为,从元件排列方向(行方向或列方向/图1的x或y方向)的一侧面开始、到达相反侧的另一侧面。即,槽110a在元件排列方向上贯通非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111而设。根据这样的槽110a的结构,当对各元件(非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111的层叠体)设置槽110a时,能够对属于元件排列的1行或1列的各个元件以1次的工序分别设置槽110a(参照图6~图8)。另外,所谓元件排列方向,是与超声波换能器100的前后方向正交的方向。此外,对属于1行或1列的各个元件(层叠体),若能够用1次设置槽,则对于位于元件排列方向的两端的元件,不一定必须在元件排列方向上贯通。
[0064] 此外,在图3A所示的非导电性声匹配层110与导电性声匹配层111的槽110a的内表面,遍及其整个面而通过镀层、溅射等设有导电性膜110b。由于槽110a从非导电性声匹配层110的背面开始,经导电性声匹配层111的背面,设置到导电性声匹配层111的中途,因此导电性膜110b成为非导电性声匹配层110的背面与导电性声匹配层111的背面之间的电导通路径。即,导电性膜110b由于遍及槽110a的整个面而设,因此从槽110a的一端到另一端被电连接。结果,与非导电性声匹配层110邻接的前面电极112经由导电性膜110b及导电性声匹配层111而与前面基板122的布线图案导通。
[0065] 此外,如图3B所示,在非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111的槽110a的导电性膜110b的更内侧填充树脂110c。该树脂110c能够采用环氧粘合剂等。通过用该树脂110c填埋槽110a,能够抑制因在非导电性声匹配层110中形成了槽110a而带来的影响。但是,并不是必须在槽110a中填充该树脂110c。即,根据与元件(层叠体)的形状、超声波换能器100的振动模式之间的关系,需要避免因在声匹配层中设置了槽110a而引起的声响的影响,但除此以外的情况下可以不设置树脂110c。
[0066] 另外,在使用槽110a作为用来对不需要的振动进行抑制的副切割(subdice)的情况下,与副切割对应的槽110a可以直接设为空隙,或者也可以填充所希望的介质。此外,虽然说明了导电性膜110b遍及槽110a的内侧整面而设的例子,但不必限定于此。即,由于前面电极112和导电性声匹配层111通过非导电性声匹配层110电导通即可,所以例如也可以是,在槽110a的内表面之中,以从非导电性声匹配层110的背面侧端部开始、连通到达到导电性声匹配层111的部分为止的方式,局部地形成导电性膜110b。此外,不限于导电性膜110b,若能够设置连接引线则也可以采用那样的结构。
[0067] 此外,在图1~图3A、图3B所示的非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111的各层叠体中,槽110a分别设有1个,但若能够设置多个槽110a则也可以采用那样的结构。此外,图1~图3A、图3B所示的槽110a相对于超声波换能器100的超声波的放射方向(元件的前后方向)平行而设,但不必限定于这样的结构,例如,也可以使槽深度相对于元件的前后方向变化来进行设置。
[0068] 此外,在图1的超声波换能器100中,从后方向前方依次配置有压电体114、非导电性声匹配层110、导电性声匹配层111、前面基板122、声透镜102,但不限于这样的结构,也可以使声匹配层为3层以上。例如也可以是,从后方向前方依次配置非导电性声匹配层110、导电性声匹配层111、前面基板122,并且从与声透镜102之间的声匹配的观点来看,还在前面基板122的前方配置声匹配层。
[0069] 槽110a的槽宽度是元件宽度的约30%左右,例如设为10μm左右是合适的。即,通过这样设定槽110a的槽宽度,对于超声波脉冲的放射性能、超声波换能器100的振动模式、导电性膜110b的形成作业是有效的。这里,所谓“元件”是指压电体114、非导电性声匹配层110、导电性声匹配层111的层叠体(参照图2)。此外,所谓“元件宽度”,是指超声波换能器
100的槽110a的排列方向(例如图1的x方向或y方向)上的元件的长度。此外,图示的元件的截面大致是正方形,但不限于此,例如截面也可以大致是长方形。
[0070] 〈声透镜〉
[0071] 声透镜102(参照图1)将所收发的超声波收敛并整形成波束状。作为声透镜102的材料,使用声阻抗接近于生物体的等。
[0072] (超声波换能器的制造方法的概略)
[0073] 接着,参照图4~图8,以第1实施方式的超声波换能器100的制造方法、特别是在非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111中设置槽110a的工序为主来进行说明。图4~图8是表示第1实施方式的超声波换能器100的制造工序的概略立体图。
[0074] 《块连接/图4、图5》
[0075] 如图1~图3所例示的那样,本实施方式的超声波换能器100的声匹配层将非导电性声匹配层110及导电性声匹配层111层叠而构成。形成该声匹配层时,如图4所示,采用由非导电性声匹配层110所需要的材料构成的非导电性材料块1101。同样,采用由导电性声匹配层111所需要的材料构成的导电性材料块1111。
[0076] 使这些非导电性材料块1101及导电性材料块1111的面彼此重合而进行连接。如图5所示,通过将它们连接而形成声匹配层块。另外,在以后的工序中,在非导电性材料块1101及导电性材料块1111中,沿行列方向一起形成分割槽,由此如图1所示地形成与所希望的元件数量相同数量的层叠体。
[0077] 《槽形成/图6》
[0078] 在将非导电性材料块1101与导电性材料块1111连接后,对该声匹配层块,在(二维排列分割后(图8)的)行方向或列方向(图1的x方向或y方向)上以规定的间距设置槽110a。即,如图6所示那样地设置槽110a,该槽110a从非导电性材料块1101的与连接面相反的一侧的面开始,贯通非导电性材料块1101,到达导电性材料块1111的中途。另外,所谓“连接面”,表示与导电性材料块1111之间的连接面。
[0079] 此外,槽110a以与超声波换能器100的元件间距对应的间距设置多个。换言之,在沿元件排列的行方向排列来设置槽110a的情况下,设置至少行数的量的槽110a。此外,在沿元件排列的列方向排列来设置槽110a的情况下,设置至少列数的量的槽110a。另外,图6的声匹配层块的槽110a的数量是概念上示出的。此外,也可以不必须将槽110a如图6所示那样与元件排列平行地设置,还能够使各元件的槽相对于元件排列倾斜而设。此外,图6所示的槽110a相对于超声波换能器100的超声波的放射方向(元件的前后方向)平行地设置,但不一定限定于这样的结构,例如还能够使槽深度相对于元件的前后方向变化来设置。
[0080] 作为槽110a的形成时的导电性材料块1111的切入深度的量的一例,对于厚度150μm~200μm的导电性材料块1111为10μm左右。此外,若将切入宽度(槽110a的宽度)设为元件宽度的约30%以下并且10μm以上,则对于超声波脉冲的放射性能、超声波换能器100的振动模式、导电性膜110b的形成作业等是有效的。作为这样的条件下的相对于元件宽度的切入宽度的一例,可以考虑相对于元件宽度350μm而言设为50μm宽度。此外,切入宽度的间距能够设为0.4mm左右。另外,在希望超声波换能器100在成品状态下的导电性声匹配层111的厚度薄的情况下,进行如下那样的工序。
[0081] 首先,事先通过比规格值(成品的导电性声匹配层111的厚度)厚的导电性材料块1111形成声匹配层块。
[0082] 接着,如上述那样贯通非导电性材料块1101、达到导电性材料块1111的中途而设置槽110a。
[0083] 接着,对声匹配层块的与导电性材料块1111的连接面相反的一侧的面进行切削或研磨,做成所希望的厚度。另外,导电性材料块1111的切入量根据通过这些切削或研磨而削掉的厚度进行设定。
[0084] 《导电性膜形成》
[0085] 在对作为非导电性材料块1101及导电性材料块1111的层叠体的声匹配层块设置了槽110a后,在槽110a中设置导电性膜110b。导电性膜110b通过例如镀层、溅射等,遍及槽110a的内表面的整个面而设。由此,槽110a的一端到另一端电导通。并且,与非导电性声匹配层110邻接的前面电极112经由导电性膜110b以及导电性声匹配层111而与前面基板122的布线图案电导通。
[0086] 另外,导电性膜110b可以不必须设置在槽110a的内侧整面。例如也可以设置导电性膜110b使其通过槽110a的内表面中的一部分侧面即从槽110a的一端(背面侧端部)到达另一端(导电性声匹配层111侧端部)的部分。此外,从前面电极112到导电性声匹配层111,若能够设置通过了槽110a的连接引线,则也可以取代导电性膜110b而设置连接引线。
[0087] 《树脂填充》
[0088] 在声匹配层块的槽110a中形成了导电性膜110b后,向槽110a的导电性膜110b的更内侧填充树脂110c。树脂110c能够采用环氧粘合剂等。但是,根据元件(层叠体)的形状、超声波换能器100的振动模式,存在槽110a的声响的影响少的情况,该情况下也可以不设置树脂110c。此外,在将槽110a作为用来对不需要的振动进行抑制的副切割使用的情况下,与副切割对应的槽110a能够直接设为空隙,或者也可以填充所希望的介质。
[0089] 《压电体连接/图7》
[0090] 在作为非导电性材料块1101及导电性材料块1111的层叠体的声匹配层块中设置槽110a,并设置导电性膜110b、树脂110c后,将该声匹配层块和压电体材料块1141连接。即,如图7所示,对非导电性材料块1101的与和导电性材料块1111之间的连接面相反的一侧的面,连接压电体材料块1141。另外,在压电体材料块1141的前面,事先设有成为前面电极112的层。同样,在压电体材料块1141的背面,事先形成有成为背面电极116的层。此外,在压电体材料块1141,通过之后的工序在行列方向上形成分割槽,作为超声波换能器100以成为所希望的压电体114的元件数量的方式被分割(参照图1)。
[0091] 《基板连接》
[0092] 如图8所示,在压电体114的背面电极116的背面连接背面基板120。由此,背面基板120的布线图案与背面电极116电连接。
[0093] 《背衬部件连接》
[0094] 在元件组的背面连接基板后,在背面基板120的背面连接背衬部件118。另外,作为压电体114、背面基板120以及背衬部件118之间的结构,不限于图1所示的结构,能够根据需要而夹有进行信号处理电子电路及背面匹配层等结构体。
[0095] 《分割槽形成/图8》
[0096] 在背面基板120的背面连接了背衬部件118后,对该层叠体沿行列方向设置分割槽。即,如图8所示,沿声匹配层块及压电体材料块1141的层叠方向,在行方向上以规定的间距形成分割槽,分割成多个行的块。并且,沿声匹配层块及压电体材料块1141的层叠方向,在列方向上以规定的间距设置分割槽。结果,形成图8那样的将压电体114、非导电性声匹配层110、导电性声匹配层111的层叠体二维排列而成的元件组。另外,图8与图4~图7上下相反地进行图示。
[0097] 《前面基板连接》
[0098] 接着,在导电性声匹配层111各自的前面连接前面基板122。由此,前面基板122的布线图案与各导电性声匹配层111电连接。
[0099] 《声透镜连接》
[0100] 在二维阵列的元件组的前面连接基板后,与背衬部件118的连接同时或前后地在前面基板122的前面连接声透镜102。另外,在如上述那样将声匹配层构成3层以上的情况下,可以在声透镜102的前面配置声匹配层。此外,也可以是,不使声透镜102与前面基板122邻接,在前面基板122的前面配置声匹配层,在该声匹配层的更前面配置声透镜102。
[0101] (超声波换能器与外部装置之间的连接)
[0102] 接着,说明具有第1实施方式的超声波换能器100的超声波探头与超声波诊断装置主体之间的连接结构的一例。另外,在以下的说明中将图示省略。超声波探头在内部设置超声波换能器100,并具有用来将超声波诊断装置主体与超声波探头电连接的接口(线缆等)。此外,超声波换能器100通过前面基板122的布线图案以及背面基板120的布线图案和超声波探头的接口,与超声波诊断装置主体电连接,相互传递超声波的收发的信号。
[0103] 另外,在超声波探头内,可以设置设有收发电路等电子电路的电路基板、将接口与该电子电路连接的连接用基板。该情况下,经由将超声波探头与主体连接的接口、连接用基板的布线图案、电子电路、前面基板122及背面基板120的布线图案,在前面电极112、背面电极116与超声波诊断装置主体的控制部之间收发信号。
[0104] 例如,超声波诊断装置主体从其控制部通过接口将超声波换能器100的驱动控制有关的电信号向超声波探头发送。该电信号经由连接用基板向电路基板的电子电路发送。电子电路根据来自超声波诊断装置主体控制部的信号,通过前面基板122、背面基板120对压电体114施加电压。这样,对压电体114施加电压,超声波脉冲被向被检体发送。
[0105] 此外,例如,超声波换能器100若接收到来自被检体的反射波,则经由背面基板120等,将压电体114变换的电信号向电子电路发送。电子电路对该电信号进行规定的处理(迟延加法、放大等),进而经由连接用基板、接口向超声波诊断装置主体的控制部发送电信号。根据该电信号,超声波诊断装置生成超声波图像。此外,在电子电路与前面电极之间,电信号通过前面基板122的布线图案、导电性声匹配层111及非导电性声匹配层110的槽110a进行传递。
[0106] (作用、效果)
[0107] 对以上说明的第1实施方式的超声波换能器100及超声波探头的作用及效果进行说明。
[0108] 如上述说明的那样,在第1实施方式的超声波换能器100中,对在压电体114的前方配置的各个非导电性声匹配层110,设置从与前面电极112之间的边界面开始、至少贯通到与导电性声匹配层111之间的边界面的槽110a。并且,该槽110a并非止于非导电性声匹配层110前面,而是连续到导电性声匹配层111的中途。即,如图3A所示,槽110a设置为,从非导电性声匹配层110的背面开始,经由导电性声匹配层111的前面,到达导电性声匹配层111的中途。此外,设有导电性膜110b,该导电性膜110b从槽110a的内表面的至少非导电性声匹配层
110背面侧的端部(槽110a后方端部)开始、连通到到达导电性声匹配层111的部分。
[0109] 在具有这样的非导电性声匹配层110的超声波换能器100的制造工序中,能够仅通过下面那样的工序设置从前面电极112到前面基板122的导通路径。即,使非导电性材料块1101和导电性材料块1111层叠,接着在二维排列分割后的元件的行方向或列方向上,形成行数或列数的量的槽110a,接着连接压电体材料块1141,接着对它们的层叠体在行列方向上设置分割槽,从而形成具备压电体114、非导电性声匹配层110以及导电性声匹配层111的层叠体而构成的元件的二维排列。
[0110] 根据通过这样的制造工序而制造的超声波换能器100,能够实现如下优点:既能够避免非导电性声匹配层110的导通路径的形成及超声波换能器100的制造工序的繁琐,又能够形成从前面电极112到前面基板122的导通路径。即,若采用具有到达导电性声匹配层111的中途的槽110a、导电性膜110b的结构,则在其制造工序中,不仅能够可靠形成从前面电极112到导电性声匹配层111的导通路径,而且该形成导通路径的工序仅从在声匹配层块中设置槽110a后层叠压电体材料块1141从而是简便的。
[0111] [第2实施方式]
[0112] 接着,关于第2实施方式的超声波换能器200以及设有超声波换能器200的超声波探头,参照图9~图16进行说明。图9是表示第2实施方式的超声波换能器200的概要的概略立体图。另外,关于第2实施方式,以与第1实施方式不同的部分为主来说明,对于其他重复的部分有时省略说明。此外,图9所示的超声波换能器200的元件数是概念上示出的。此外,行数及列数只不过是一例,也能够采用其他结构。
[0113] (超声波换能器的概略结构)
[0114] 如图9所示,在第2实施方式的超声波换能器200中,压电体214也在xy面上二维排列。在该压电体214的前面侧设有前面电极212,在背面侧设有背面电极216。此外,与各压电体214的前面分别对应而设有非导电性声匹配层210。并且,在非导电性声匹配层210的前面侧设有导电性声匹配层211。此外,在压电体214的背面侧设有背衬部件218,并且在背衬部件218与压电体214之间设有背面基板220。此外,如图9所示,在导电性声匹配层211的前面侧设有前面基板222。此外,在前面基板222的更前面侧设有声透镜202。另外,与图1同样,在图9中,前面基板222以及背面基板220也部分地省略图示。
[0115] (非导电性声匹配层和压电体的结构)
[0116] 接着,参照图10、图11A以及图11B,说明第2实施方式的超声波换能器200的非导电性声匹配层210、压电体214。图10是表示第2实施方式的声匹配层(211、210)及压电体214的层叠体的概略立体图。图11A是表示第2实施方式的由非导电性声匹配层210及压电体214构成的层叠体的槽210a的概略立体图。图11B是表示在图11A的槽210a中填充了树脂210c的状态的概略立体图。
[0117] 第2实施方式的超声波换能器200中的前面电极212与导电性声匹配层211之间的导通路径(槽210a)如图10所示,从非导电性声匹配层210前面设置到压电体214的中途。即,如图11A所示,槽210a从非导电性声匹配层210的与导电性声匹配层211之间的边界面(非导电性声匹配层210前面)开始,贯通非导电性声匹配层210,经过与前面电极212之间的边界面(非导电性声匹配层210背面),贯穿压电体214的前面而设置到压电体214的中途。这里,所谓“到压电体214的中途”是指,例如从厚度为400μm~550μm的压电体214的前面位置开始、到达后方(与图9的z方向相反的方向)约10μm的位置(槽210a的底部)。
[0118] 此外,第2实施方式的槽210a设置为,从元件排列方向(行方向或列方向/图9的x或y方向)的一侧面开始、到达相反侧的另一侧面。即,槽210a在元件排列方向上贯通非导电性声匹配层210及压电体214而设。根据这样的槽210a的结构,在对各元件(非导电性声匹配层210及压电体214的层叠体)形成槽210a时,能够对属于元件排列的1行或1列的量的各个元件用一次设置槽(参照图14~图16)。另外,所谓元件排列方向,是与超声波换能器200的前后方向正交的方向。此外,若能够对属于1行或1列的量的各个元件用一次设置槽,则对于位于元件排列方向的两端的元件(层叠体),也可以不一定在元件排列方向上贯通。
[0119] 此外,在图11A所示的非导电性声匹配层210及压电体214的层叠体的槽210a的内表面,遍及其整个面而通过镀层、溅射等设有导电性膜210b。槽210a从非导电性声匹配层210的前面开始,经由前面电极212、压电体214的前面,设置到压电体214的中途,并且,导电性膜210b从非导电性声匹配层210的前面开始,连续到导电性声匹配层211。即,由于导电性膜210b遍及槽210a的整个面,所以槽210a的一端到另一端电导通。结果,前面电极212与导电性膜210b的后方侧接触,并且与邻接于非导电性声匹配层210的前面的导电性声匹配层
211导通。进而,前面电极212经由导电性声匹配层211而与前面基板222的连接引线导通。
[0120] 此外,如图11B所示,在第2实施方式中,在非导电性声匹配层210与导电性声匹配层211的槽210a的导电性膜210b的更内侧,也填充树脂210c。通过该树脂210c的填充,能够抑制在非导电性声匹配层210中设置了槽210a而带来的影响。但是,根据元件(层叠体)的形状、超声波换能器200的振动模式,存在声匹配层的槽210a的声响的影响少的情况,该情况下也可以不设置树脂210c。
[0121] 另外,在将槽210a作为副切割来使用的情况下,该槽210a可以直接设为空隙,或者也可以直接填充所希望的介质。此外,由于前面电极212与导电性声匹配层211导通即可,因此例如在槽210a的内表面之中从非导电性声匹配层210的前面侧端部开始、连通到到达压电体214的部分为止局部地设有导电性膜210b即可。此外,若能够设置连接引线则也能采用那样的结构。
[0122] 此外,不限于图9~图11A、图11B中例示的结构,也可以设置多个槽210a。此外,也可以将声匹配层设为3层以上,例如,也可以在前面基板222的前方配置声匹配层。另外,对于槽210a的优选的宽度(排列方向的长度/图9的x方向或y方向的长度),与第1实施方式相同。
[0123] (超声波换能器的制造方法的概略)
[0124] 接着,参照图12~图16,以第2实施方式的超声波换能器100的制造方法、特别是设置非导电性声匹配层210及压电体214的槽210a的工序为主来进行说明。图12~图16是表示第2实施方式的超声波换能器200的制造工序的概略立体图。
[0125] 《块连接/图12、图13》
[0126] 如图9~图11A、图11B中例示的那样,第2实施方式的超声波换能器200的声匹配层将非导电性声匹配层210以及导电性声匹配层211层叠而构成。但是,在第2实施方式中,在形成该层叠的声匹配层前,如图12所示,将非导电性材料块2101和压电体材料块2141层叠。另外,在压电体材料块2141的前面,事先形成有成为前面电极212的层。同样,在压电体材料块2141的背面,事先形成有成为背面电极216的层。
[0127] 即,如图13所示,首先使非导电性材料块2101及压电体材料块2141的面彼此重合而连接。另外,在以后的工序中,在该层叠体中,沿行列方向(图9的x方向或y方向)一起设置分割槽,由此如图9所示那样形成与压电体214的元件数量相同数量的层叠体。
[0128] 《槽形成/图14》
[0129] 在将非导电性材料块2101与压电体材料块2141连接后,在它们的层叠体中设置槽210a。即,如图14所示那样地设置槽210a,该槽210a从非导电性材料块2101的与连接面相反的一侧的面(非导电性材料块2101前面)开始,贯通非导电性材料块2101,到达压电体材料块2141的中途。另外,所谓“连接面”是指与压电体材料块2141之间的连接面。
[0130] 与第1实施方式同样地,该槽210a以与超声波换能器200的元件间距对应的间距设有多个。另外,图14中的声匹配层块的槽210a的数量是概念上示出的。此外,槽210a也可以不一定如图14所示那样与元件排列平行地设置,还能够使各元件的槽相对于元件排列倾斜而设。
[0131] 作为设置槽210a时的压电体材料块2141的切入量的一例,对于厚度为400μm~550μm的压电体材料块2141而言是10μm左右。此外,当设置槽210a时,将切入宽度设为元件宽度的约30%以下且10μm以上,对超声波脉冲的放射性能、超声波换能器200的振动模式、导电性膜210b的形成作业等是有效的。
[0132] 另外,第2实施方式的导电性膜210b的形成工序、树脂210c的形成工序与第1实施方式相同,因此省略说明。
[0133] 《导电性声匹配层连接/图15》
[0134] 在形成了非导电性材料块2101及压电体材料块2141的层叠体中的槽210a后,将该声匹配层块与压电体材料块2141连接。即,如图15所示,对非导电性材料块2101的与压电体材料块2141之间的连接面相反的一侧的面(非导电性材料块2101前面),连接导电性材料块2111。
[0135] 《分割槽形成/图16》
[0136] 在将非导电性材料块2101及压电体材料块2141的层叠体与导电性材料块2111连接后,进一步对该层叠体沿行列方向设置分割槽。结果,形成图16那样的将压电体214、非导电性声匹配层210、导电性声匹配层211的层叠体二维排列而成的元件组。
[0137] 另外,第2实施方式的前面基板222及背面基板220的连接工序、背衬部件218的连接工序、以及声透镜202的连接工序与第1实施方式相同,因此省略说明。
[0138] (作用·效果)
[0139] 对于含有以上说明的第2实施方式的超声波换能器200的超声波探头的作用及效果进行说明。
[0140] 如以上说明的那样,在第2实施方式的超声波换能器200中,对在压电体214的前方配置的各个非导电性声匹配层210,设有从与导电性声匹配层211之间的边界面开始、到达与压电体214之间的边界面为止的槽,即贯通非导电性声匹配层210的槽210a。并且,该槽210a并非止于压电体214前面,而是连续到压电体214的中途。即,如图11A所示,槽210a从压电体214的中途部分开始,经由非导电性声匹配层210,设置到导电性声匹配层211的前面。
此外,在槽210a的内表面设有导电性膜210b,该导电性膜210b至少从压电体214的该中途部分(槽210a后方端部)开始,通过非导电性声匹配层210,连通到到达导电性声匹配层211的部分。
[0141] 在具有这样的非导电性声匹配层210的超声波换能器200的制造工序中,能够仅通过下面那样的工序形成从前面电极212到前面基板222的导通路径。即,使非导电性材料块2101与压电体材料块2141层叠,接着在二维排列分割后的元件的行方向或列方向上,形成行数或列数的量的槽210a,接着连接导电性材料块2111,接着对它们的层叠体在行列方向上设置分割槽,由此形成具备压电体214、非导电性声匹配层210以及导电性声匹配层211的层叠体而构成的元件的二维排列。
[0142] 根据通过这样的制造工序制造的超声波换能器200,能够实现如下的优点:既能够避免导电性声匹配层211的导通路径的形成工序及超声波换能器200的制造工序的繁琐,又能够形成从前面电极212到前面基板222的导通路径。即,根据具有到达压电体214的中途部分的槽210a、导电性膜210b的结构,不仅可靠地形成从前面电极212到导电性声匹配层211的导通路径,而且该槽210a形成工序仅在对非导电性材料块2101与压电体材料块2141的层叠体形成了槽210a后层叠导电性材料块2111从而是简便的。
[0143] [第3实施方式]
[0144] 接着,对于第3实施方式的超声波换能器300以及设有超声波换能器300的超声波探头,参照图17~图24进行说明。图17是表示第3实施方式的超声波换能器300的概要的概略立体图。另外,关于第3实施方式,以与第1实施方式及第2实施方式不同的部分为主进行说明,对于其他重复的部分有时省略说明。此外,图17所示的超声波换能器300的元件数量是概念上示出的。此外,行数及列数也只不过是一例,也能够采用其他结构。
[0145] (超声波换能器的概略结构)
[0146] 如图17所示,在第3实施方式的超声波换能器300中,压电体314也在xy面上二维排列,并设有前面电极312及背面电极316。此外,分别对应于各压电体314的前面,朝向前方依次设有非导电性声匹配层310、导电性声匹配层311、前面基板322、声透镜302。此外,在压电体314的背面侧设有背衬部件318,并且在背衬部件318与压电体314之间设有背面基板320。另外,与图1同样,在图17中,前面基板322及背面基板320也部分省略图示。
[0147] (前面电极的结构)
[0148] 第3实施方式的前面电极312与第1实施方式及第2实施方式的前面电极112、前面电极212相比形成得较厚。例如,当将第1实施方式的前面电极112以及第2实施方式的前面电极212的厚度设为约1μm左右时,该前面电极312的厚度是约20μm左右。这样将前面电极312较厚地形成的原因在于,如下面所述的那样,在该实施方式中将槽310a设置到前面电极
312的中途。
[0149] (非导电性声匹配层~前面电极~压电体间的结构)
[0150] 接着,参照图18、图19A以及图19B,说明第3实施方式的超声波换能器300中的非导电性声匹配层310、压电体314。图18是表示第3实施方式的声匹配层(311、310)、前面电极312以及压电体314的层叠体的概略立体图。图19A是表示第3实施方式的非导电性声匹配层
310、前面电极312以及压电体314的层叠体的槽310a的概略立体图。图19B是表示在图19A的槽310a中填充了树脂的状态的概略立体图。
[0151] 第3实施方式的超声波换能器300中的、从前面电极312到导电性声匹配层311的导通路径(槽310a)如图18所示,从非导电性声匹配层310前面开始设置到前面电极312的中途部分。这里,该实施方式的前面电极312的厚度例如是约20μm,因此与第1实施方式及第2实施方式同样地,能够在前面电极312中设置约10μm左右的槽。
[0152] 如图19A所示,槽310a设置为,从非导电性声匹配层310的与导电性声匹配层311之间的边界面(非导电性声匹配层310前面)开始,经过非导电性声匹配层310与前面电极312之间的边界面(非导电性声匹配层310背面),贯通非导电性声匹配层310,贯穿前面电极312的前面并到达前面电极312的中途部分。这里,所谓“前面电极312的中途部分”是指,例如从前面电极312的前面朝向后方(与图17的z方向相反的方向)(槽310a的深度)约10μm的位置。
[0153] 此外,第3实施方式的槽310a设置为,从元件排列方向(行方向或列方向/图17的x或y方向)的一侧面到达相反侧的另一侧面。即,槽310a在元件排列方向上贯通非导电性声匹配层310及前面电极312而设。根据这样的槽310a的结构,在对各元件(非导电性声匹配层310及前面电极312的层叠体)形成槽310a时,能够对属于元件排列的1行或1列的量的各个元件用一次设置槽(参照图22~图24)。另外,所谓元件排列方向,是指与超声波换能器300的前后方向正交的方向。此外,若能够对属于1行或1列的量的各个元件用一次设置槽,则对于位于元件排列方向的两端的元件,也可以不一定在元件排列方向上贯通。
[0154] 此外,在图19A所示的槽310a的内表面,遍及其整个面而通过镀层、溅射等设有导电性膜310b。槽310a从非导电性声匹配层310的前面开始,经过前面电极312的前面,设置到前面电极312的中途部分,导电性膜310b从前面电极312的中途部分开始,连续到导电性声匹配层311。即,导电性膜310b由于遍及槽310a的整个面而设,所以从槽310a的一端到另一端电导通。结果,前面电极312与导电性膜310b的后方侧端部接触,并且,与邻接于非导电性声匹配层310的前面的导电性声匹配层311电导通。进而,前面电极312经由导电性声匹配层311而与前面基板322的布线图案等的连接引线电导通。
[0155] 此外,如图19B所示,在第3实施方式中,也在非导电性声匹配层310与导电性声匹配层311中的槽310a的导电性膜310b的更内侧填充树脂310c。通过该树脂310c的填充,能够抑制因在非导电性声匹配层310中形成了槽310a而带来的影响。但是,根据元件(层叠体)的形状、超声波换能器300的振动模式,虽然需要通过进行树脂310c的填充来避免由于存在槽310a而产生声响影响的情况,但除此以外的情况下可以不设置树脂310c。
[0156] 另外,在将槽310a作为副切割来使用的情况下,该槽310a可以直接设为空隙,或者也可以填充所希望的介质。此外,由于前面电极312与导电性声匹配层311电导通即可,所以例如在槽310a的内表面之中从非导电性声匹配层310的前面侧端部开始、连通到到达前面电极312的部分为止地设有导电性膜310b即可。此外,若能够设置连接引线则也可以采用那样的结构。
[0157] 此外,不限于图17~图19A、图19B所例示的结构,也可以设置多个槽310a。此外,也可以将声匹配层设为3层以上,例如也可以在前面基板322的前方配置声匹配层。另外,关于槽310a的优选的槽宽度,与第1实施方式及第2实施方式同样。
[0158] (超声波换能器的制造方法的概略)
[0159] 接着,参照图20~图24,以第3实施方式的超声波换能器300的制造方法、特别是设置非导电性声匹配层310及前面电极312的槽310a的工序为主进行说明。图20~图24是表示第3实施方式的超声波换能器300的制造工序的概略立体图。
[0160] 《块连接/图20、图21》
[0161] 如图17~图19A、图19B所例示的那样,第3实施方式的超声波换能器300的声匹配层将非导电性声匹配层310及导电性声匹配层311层叠而构成。但是,在第3实施方式中,如图20所示,也在该形成层叠的声匹配层前,将非导电性材料块3101、前面电极板3121以及压电体材料块3141层叠。该前面电极板3121的厚度例如是约20μm左右。另外,在压电体材料块3141的背面事先形成有成为背面电极316的层。
[0162] 即,如图21所示,首先使设有前面电极板3121的压电体材料块3141与非导电性材料块3101之间的最宽的面彼此重合而进行连接。另外,在之后的工序中,在该层叠体中沿行列方向(图17的x方向或y方向)一起形成分割槽,如图17所示那样形成与规定的元件数量相同数量的层叠体。
[0163] 《槽形成/图22》
[0164] 在将非导电性材料块3101与设有前面电极板3121的压电体材料块3141连接后,在它们的层叠体中设置槽310a。即,如图22所示,对非导电性材料块3101的与连接面相反的一侧的面(非导电性材料块3101前面)设置槽310a,该槽310a贯通非导电性材料块3101,并到达前面电极板3121的中途。另外,所谓“连接面”是指与压电体材料块3141之间的连接面。
[0165] 与第1实施方式及第2实施方式同样地,该槽310a以与超声波换能器300的元件间距对应的间距设有多个。另外,图22的槽310a的数量是概念上示出的。
[0166] 作为形成槽310a时的前面电极板3121的切入量的一例,对于厚度为20μm的前面电极板3121而言是10μm左右。此外,将槽310a形成的切入宽度设为元件宽度的约30%以下且10μm以上对超声波脉冲的放射性能、超声波换能器300的振动模式、导电性膜310b的形成作业等是有效的。
[0167] 另外,第2实施方式的导电性膜310b的形成工序、从树脂310c的形成工序到在非导电性材料块3101、压电体材料块3141以及导电性材料块3111的层叠体中构成分割槽的工序与第2实施方式相同(参照图23及图24),因此省略说明。
[0168] 此外,第3实施方式的前面基板322及背面基板320的连接工序、背衬部件318的连接工序、以及声透镜302的连接工序与第1实施方式相同,因此省略说明。
[0169] (作用、效果)
[0170] 对含有以上说明的第3实施方式的超声波换能器300的超声波探头的作用及效果进行说明。
[0171] 如上述说明的那样,在第3实施方式的超声波换能器300中,对在压电体314的前方配置的各个非导电性声匹配层310设有槽310a,该槽310a从与导电性声匹配层311之间的边界面开始,至少贯通到与前面电极312之间的边界面。并且,该槽310a并非止于前面电极312前面,而是连续到前面电极312的中途。即,如图19A所示,槽310a设置为,从前面电极312的中途部分开始,经由非导电性声匹配层310,到达导电性声匹配层311的前面。此外,在槽310a的内表面设有导电性膜310b,该导电性膜310b至少从前面电极312的该中途部分(槽
310a后方端部)开始,通过非导电性声匹配层310,连通到到达导电性声匹配层311的部分。
[0172] 在具有这样的非导电性声匹配层310的超声波换能器300的制造工序中,能够仅通过下面那样的工序形成从前面电极312到前面基板322的导通路径。即,使非导电性材料块3101和设有前面电极板3121的压电体材料块3141层叠,接着在二维排列分割后的元件的行方向或列方向上,形成行数或列数的量的槽310a,接着连接导电性材料块3111,接着,对它们的层叠体沿行列方向设置分割槽,由此形成具备压电体314、前面电极312、非导电性声匹配层310以及导电性声匹配层311的层叠体而构成的元件的二维排列。
[0173] 根据通过这样的制造工序制造的超声波换能器300,能够实现如下优点:既能够避免导电性声匹配层311的导通路径的形成工序及超声波换能器300的制造工序的繁琐,又能够形成从前面电极312到前面基板322的导通路径。即,根据具有到达前面电极312的中途的槽310a、导电性膜310b的结构,不仅可靠地形成从前面电极312到导电性声匹配层311的导通路径,而且该槽310a形成工序仅从在非导电性材料块3101、前面电极板3121以及压电体材料块3141的层叠体中形成槽310a后层叠导电性材料块3111从而是简便的。
[0174] [变形例]
[0175] 接着,对上述的第1实施方式~第3实施方式的超声波换能器的变形例进行说明。
[0176] (第1变形例)
[0177] 如图1、图9、图17所示,在上述的超声波换能器中,设有到达在非导电性声匹配层(110、210或310)的前方或后方配置的结构体的中途的槽(110a、210a或310a),形成导通路径。但不限于该结构,例如也可以设置从导电性声匹配层的前面开始、贯通导电性声匹配层及非导电性声匹配层、到达压电体的中途(或具有厚度的前面电极的中途)的槽。
[0178] 在该变形例中,例如能够在形成用来形成元件的二维排列的分割槽后,或者在将非导电性材料块、导电性材料块、压电体材料块层叠后的时刻,设置作为导通路径的槽。但是,在该变形例中,需要避免因导电性声匹配层的槽带来的例如声响性影响。在该变形例中,也能够既实现避免非导电性声匹配层的导通路径的形成的繁琐,又形成从前面电极到前面基板的导通路径。
[0179] (第2变形例)
[0180] 如图1、图9、图17所示,在上述的超声波换能器中,在非导电性声匹配层(110、210或310)的前面侧配置导电性声匹配层(111、211或311),并在导电性声匹配层的前面侧配置前面基板(122、222或322),非导电性声匹配层与前面基板经由导电性声匹配层实现电连接。但是不限于这样的结构,也可以采用不含导电性声匹配层并在非导电性声匹配层的前面侧设置前面基板的结构。
[0181] 另外,在第1实施方式的超声波换能器100中,设有从非导电性声匹配层110的背面到达导电性声匹配层111的槽110a。在对第1实施方式的超声波换能器100应用该变形例的情况下,将槽110a设置得到达前面基板122的中途而不是导电性声匹配层111的中途。
[0182] 此外,关于该变形例的超声波换能器的制造方法,仅说明与上述第1实施方式~第3实施方式不同的部分。
[0183] 《向超声波换能器100的应用例
[0184] 在将该变形例应用于超声波换能器100的情况下,首先,在非导电性材料块1101的前面连接前面基板122。接着,从非导电性材料块1101的与连接面相反的一侧的面(非导电性材料块1101的背面)开始,贯通非导电性材料块1101而设置到达前面基板122的中途的槽110a。接着,对各个槽110a设置导电性膜110b,并填充树脂110c。接着,连接非导电性材料块
1101与压电体材料块1141。接着,对非导电性材料块1101与压电体材料块1141的层叠体沿行列方向设置分割槽。在该分割槽的形成工序中,分成包含前面基板122来进行分割的情况、和不分割前面基板122的情况。
[0185] 在包含前面基板122来进行分割的情况下,例如可以在前面基板122的更前面侧配置使被分割后的前面基板122分别与收发电路等电子电路导通的布线基板。
[0186] 在不分割前面基板122的情况下,可以形成到达前面基板122的中途的分割槽,也可以仅分割非导电性材料块1101及压电体材料块1141以使得不切削前面基板122。
[0187] 《向超声波换能器200的应用例》
[0188] 在将该变形例应用于第2实施方式的超声波换能器200的情况下,首先,将非导电性材料块2101、与事先形成有成为前面电极212的层及成为背面电极216层的压电体材料块2141层叠。接着设置槽210a,该槽210a从非导电性材料块2101的与连接面相反的一侧的面(非导电性材料块2101前面)开始,贯通非导电性材料块2101,到达压电体材料块2141的中途。接着,对各个槽210a设置导电性膜210b并填充树脂210c。接着,对非导电性材料块2101及压电体材料块2141的层叠体沿行列方向设置分割槽。接着,对被分割成二维排列的非导电性声匹配层210的前面,连接前面基板222,同样地在压电体214的背面电极216的背面连接背面基板220。
[0189] 《向超声波换能器300的应用例》
[0190] 在将该变形例应用于第3实施方式的超声波换能器300的情况下,首先,将非导电性材料块3101、与事先形成有成为前面电极板3121及背面电极316的层的压电体材料块3141层叠。接着设置槽310a,该槽310a从非导电性材料块3101的与连接面相反的一侧的面(非导电性材料块3101前面)开始,贯通非导电性材料块3101,到达前面电极板3121的中途。
接着,对各个槽310a设置导电性膜310b并填充树脂310c。接着,对非导电性材料块3101及压电体材料块3141的层叠体沿行列方向设置分割槽。接着,对被分割成二维排列的非导电性声匹配层310的前面,连接前面基板322,同样地在压电体314的背面电极316的背面连接背面基板320。
[0191] 在应用了该变形例的第1实施方式~第3实施方式的超声波换能器中,也能够既实现避免非导电性声匹配层的导通路径的形成的繁琐,又形成从前面电极到前面基板的导通路径。
[0192] 说明了本发明的实施方式,但上述实施方式是作为例子而提示的,并不意欲限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种形态实施,在不脱离发明主旨的范围内,能够进行各种省略、置换及变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中,并包含在权利要求的范围所记载的发明及其等同范围内。
[0193] 符号说明
[0194] 100、200、300 超声波换能器
[0195] 102、202、302 声透镜
[0196] 110、210、310 非导电性声匹配层
[0197] 110a、210a、310a 槽
[0198] 110b、210b、310b 导电性膜
[0199] 110c、210c、310a 树脂
[0200] 111、211、311 导电性声匹配层
[0201] 112、212、312 前面电极
[0202] 114、214、314 压电体
[0203] 116、216、316 背面电极
[0204] 118、218、318 背衬部件
[0205] 120、220、320 背面基板
[0206] 122、222、322 前面基板
[0207] 1101、2101、3101 非导电性材料块
[0208] 1111、2111、3111 导电性材料块
[0209] 1141、2141、3141 压电体材料块
[0210] 3121 前面电极板
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